Apabila sebuah galaksi kecil menyimpang terlalu dekat dengan Bima Sakti, graviti dari galaksi yang lebih besar mengalir masuk. Gas dan bintang-bintang digerakkan dari galaksi lulus kerana jatuh ke dalam ke arah azabnya, mewujudkan aliran bahan yang membentang antara pasangan galaksi. Aliran-alur ini terus meruntuhkan bintang-bintang sehingga objek yang menyerang telah dimakan sepenuhnya. Selepas penggabungan berakhir, beberapa tanda-tanda yang tersisa untuk objek yang dimakan adalah aliran-aliran lantang yang menjalar melalui Bima Sakti, contoh kecil bintang dari galaksi yang lama hilang.
Di samping menjadi rekod masa lalu, salah satu daripada aliran ini mungkin memberikan keterangan langsung pertama untuk kelompok-kelompok skala kecil bahan gelap-bahan sukar difahami yang dipercayai mengandaikan 85 peratus daripada semua perkara di alam semesta. Analisis baru-baru ini mengenai jejak bintang mendedahkan bahawa ia berinteraksi dengan objek padat dalam beberapa ratus juta tahun yang lalu. Selepas memutuskan suspek yang paling mungkin, para penyelidik memutuskan bahawa jurang yang baru-baru ini dibuat di sungai mungkin disebabkan oleh rumpun kecil perkara gelap. Sekiranya disahkan, aliran aliran lintang ini dapat membantu saintis mengurutkan teori-teori yang bersaing mengenai perkara gelap dan mungkin juga menutup ciri-ciri bahan misteri itu.
Aliran bintang yang dikenali sebagai GD-1 adalah aliran tipis material yang tersimpan di dalam halo Galactic, kumpulan bintang dan gas yang mengelilingi cakram Bima Sakti. Menggunakan data yang dikeluarkan April lepas dari ruang angkasa Gaia Agensi Angkasa Eropah, yang dalam proses memasang peta paling terperinci dari bintang-bintang Milky Way yang pernah dibuat, para astronom dapat menggunakan data kedudukan yang tepat untuk membina semula pergerakan bintang di GD -1. Dihancurkan dari awan bahan, aliran itu adalah sisa terakhir objek yang mungkin dimakan oleh galaksi kita dalam 300 juta tahun lalu-eyeblink pada masa-masa astronomi.
Penyajian seniman angkasa Gaia ESA, sebuah teleskop astrometri yang direka untuk mengukur kedudukan dan pergerakan bintang. (ESA / NASA) Gaia menemui dua rehat kecil di dalam aliran itu, pemerhatian pertama yang tidak jelas mengenai jurang dalam aliran bintang, serta koleksi bintang yang padat dipanggil merangsang. Bersama-sama, ciri-ciri ini menunjukkan bahawa objek kecil tetapi besar-besaran menggegarkan bahan aliran.
"Saya rasa ini adalah bukti dinamik langsung pertama untuk struktur kecil [bahan] kecil, " kata Adrian Price-Whelan, ahli astronomi di Institut Flatiron di New York. Bekerja dengan Ana Bonaca dari Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics, Price-Whelan menyelidiki struktur yang baru dijumpai di GD-1 untuk menentukan sumber mereka dan mempersembahkan hasil awal tahun ini pada pertemuan musim dingin Persatuan Astronomi Amerika.
**********
Pada kira-kira 33, 000 tahun cahaya (10 kiloparsecs), GD-1 adalah aliran terpanjang dalam halo galaksi. Walaupun Price-Whelan dan rakan-rakannya dapat menggunakan model untuk menunjukkan bahawa salah satu jurang terbentuk semasa penjanaan aliran, jurang yang lain kekal sebagai misteri. Walau bagaimanapun, bersama-sama dengan teka-teki, Gaia juga mendedahkan penyelesaian: merangsang.
Apabila objek bergerak melewati atau melalui aliran bintang, ia mengganggu bintang-bintang. Price-Whelan membandingkan gangguan kepada jet yang kuat udara bertiup menyeberangi aliran air. Air atau bintang-bintang di luar di sepanjang jalan yang mengganggu, mewujudkan jurang. Sesetengah bergerak begitu pantas sehingga mereka melarikan diri dari aliran dan pergi ke ruang angkasa, hilang selama-lamanya. Yang lain ditarik balik ke aliran untuk membentuk ciri-ciri eddy seperti ahli astronomi memanggil taji. Selepas beberapa ratus juta tahun, kebanyakan spurs bergabung kembali ke aliran, dan hanya jurang yang tinggal, walaupun ada yang dapat bertahan lama.
Ketika datang untuk melihat struktur di sungai-sungai yang cemerlang, Price-Whelan memanggil GD-1 "aliran Goldilocks" kerana ia berada di tempat yang tepat. GD-1 berada dalam bintang-bintang Bima Sakti, tetapi bergerak ke arah yang bertentangan, menjadikannya lebih mudah bagi para astronom untuk memilih bintang-bintang di dalam aliran dari objek-objek sekitarnya. "Di mana-mana lokasi tertentu, ia bergerak berbeza dari cara kebanyakan bintang lain di bahagian langit bergerak, " kata Price-Whelan.
Para penyelidik memodelkan apa jenis objek yang boleh bertanggungjawab untuk merangsang bayi baru lahir yang dilihat di GD-1. Mereka menentukan bahawa objek yang bertanggungjawab terpaksa menimbang dengan jisim di mana antara 1 juta hingga 100 juta kali jisim matahari. Peregangan hanya kira-kira 65 tahun cahaya (20 pc) panjang, objek itu akan sangat padat. Interaksi antara aliran dan objek padat mungkin akan berlaku dalam beberapa ratus juta tahun terakhir daripada seumur hidup 13.8 bilion tahun alam semesta.
Gambar rajah galaksi kita, Bima Sakti. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech)) Matematik bukanlah satu-satunya objek yang boleh mengganggu aliran bintang. Gumpalan globular atau galaksi kerdil yang menawan berhampiran juga boleh mewujudkan jurang dan memacu. Price-Whelan dan rakan-rakannya memalingkan mata ke semua objek yang diketahui dan mengira orbit mereka, mendapati tiada yang cukup dekat untuk GD-1 dalam bilion tahun terakhir untuk menggegarkannya. Perjumpaan peluang dengan lubang hitam primordial dapat menghantar bintang aliran itu terbang, tetapi ia akan menjadi peristiwa yang sangat jarang berlaku.
Mengikut simulasi perkara gelap yang membolehkan struktur kecil, sejumlah biji benda gelap tersebar melalui galaksi seperti Bima Sakti. Aliran seperti GD-1 dijangka menemui sekurang-kurangnya satu benih sedemikian dalam tempoh 8 bilion tahun yang lalu, menjadikan perkara gelap jauh lebih berkecenderungan berdasarkan kadar pertemuan daripada objek lain.
**********
Bahan gelap membentuk sebahagian besar jisim di alam semesta, tetapi ia tidak pernah diperhatikan secara langsung. Kedua-dua teori terkemuka untuk kewujudannya adalah model perkara gelap yang hangat dan model bahan gelap gelap Lambda (ΛCDM), yang merupakan model yang disukai oleh kebanyakan saintis. Di bawah ΛCDM, bahan gelap membentuk rumpun yang boleh sebesar galaksi atau sekecil seperti soda. Model bahan gelap hangat menunjukkan bahawa bahan itu mempunyai zarah yang kurang besar dan tidak mempunyai struktur berukuran yang boleh dikatakan model ΛCDM. Mencari keterangan untuk struktur kecil bahan gelap boleh membantu menghilangkan model-model tertentu dan mula menyempitkan beberapa ciri-ciri barangan yang mengujakan.
"Aliran mungkin satu-satunya jalan yang kita boleh [gunakan untuk] mengkaji hujung jisim terendah apa perkara gelap, " kata Price-Whelan. "Sekiranya kita mahu mengesahkan atau menolak atau mengetepikan teori-teori yang berbeza tentang perkara yang gelap, kita benar-benar perlu tahu apa yang berlaku di [akhir yang rendah]."
Data Gaia membantu mengenal pasti bintang-bintang yang merangsang, tetapi ia tidak cukup terperinci untuk membandingkan perbezaan halaju di antara mereka dan bintang di dalam aliran, yang dapat membantu mengesahkan bahawa masalah gelap menimbulkan struktur. Price-Whelan dan rekan-rekannya ingin menggunakan Teleskop Angkasa Hubble NASA untuk mempelajari lebih lanjut pergerakan bintang-bintang yang lemah di GD-1. Walaupun Gaia telah membuka pintu untuk pemeriksaan besar-besaran pergerakan bintang di seluruh Milky Way, Price-Whelan mengatakan bahawa ia tidak dapat bersaing dengan HST ketika datang kepada bintang-bintang yang sangat lemah. "Anda boleh membesarkan lebih jauh apabila anda mempunyai teleskop khusus seperti Hubble, " katanya.
Perbezaan dalam bagaimana bintang-bintang aliran dan memacu gerakan dapat membantu para astronom menentukan berapa banyak tenaga objek pertengkaran yang dibawa, serta membolehkan para penyelidik untuk mengira orbitnya. Kepingan maklumat ini boleh digunakan untuk mengesan rumpun perkara gelap yang mengganggu dan mengkaji persekitaran yang terdekat.
Sebagai tambahan untuk membuat kajian mendalam tentang GD-1, para astronom merancang untuk menggunakan teknik yang sama yang didayakan oleh data Gaia kepada beberapa lebih daripada 40 aliran lain yang mengelilingi Bima Sakti. Spotting spurs dan jurang di aliran lain dan mengikat mereka kepada perkara gelap dapat meningkatkan lagi pemahaman kita tentang bagaimana bahan misteri itu berinteraksi dengan galaksi yang terlihat.
Selepas beberapa dekad yang membingungkan mengenai misteri perkara gelap, jurang dan jurang di aliran lintang seperti GD-1 akhirnya dapat membantu mendedahkan rahsia bahan yang membentuk kebanyakan alam semesta. "Ini adalah salah satu perkara paling menarik yang keluar dari Gaia, " kata Price-Whelan.
